Преобразователи частоты в инженерных системах
Оптимизация процессов - главная цель применения любых частотных преобразователей в системах отопления, водоснабжения, вентиляции и кондиционирования. Регулирование позволяет предоставлять пользователям именно столько тепла, воды, свежего воздуха, сколько им необходимо в настоящий момент. В результате снижаются потребление ресурсов, износ оборудования, эксплуатационные расходы.
Сегодня понятием «частотный преобразователь» часто обозначают не просто набор силовой электроники, совокупность выпрямителя и инвертора, а многофункциональный прибор (интеллектуально-силовой модуль), «начинки» которого достаточно для программируемого управления оборудованием, его защиты, мониторинга, диагностики и т.д. Производством такой техники занимается довольно много фирм во всем мире: Delta Electronics, Siemens , Mitsubishi Electric , Danfoss , ABB , Emotron , General Electric , Control Techniques , Fuji , Hitachi , LG , KEB , Vacon , Allen Bradley и др. Выпускаемые ими приборы применяются в различных отраслях промышленности, в том числе там, где технологические процессы требуют от управления приводом высокой гибкости и точности.
Основной функцией преобразователя частоты является оптимизация работы двигателя в зависимости от режима эксплуатации. Обычно преобразователи оснащаются встроенным ПИД-регулятором. Его наличие позволяет изменять скорость вращения ротора таким образом, чтобы поддерживать на заданном уровне определенный параметр системы (расход, давление, температуру и т.д.). Сигнал от соответствующего датчика поступает непосредственно к преобразователю. Все вместе дает возможность управлять процессами без использования внешних регуляторов. Как правило, речь идет о регулировании одного из рабочих параметров. Способность преобразователя работать с большим числом сигналов обратной связи открывает дополнительные возможности. Например, двухпараметрический ПИД-регулятор может одновременно контролировать давление воздуха за приточным вентилятором и в вытяжном воздуховоде, обеспечивая необходимый напор воздуха и предупреждая возможное повреждение воздуховода.
Кроме того, что применение преобразователей частоты само по себе позволяет избегать неоправданных затрат энергии, эти приборы дополнительно оснащаются функцией энергосбережения. Электроника автоматически отслеживает потребление тока и корректирует напряжение на выходе преобразователя таким образом, чтобы потери в обмотках двигателя были минимальными, а КПД - максимальным.
Важнейшей функцией частотных преобразователей является обеспечение плавной работы оборудования в режимах пуска (плавный пуск) и останова. Там, где речь идет о насосах, это, прежде всего, исключает опасность гидравлических ударов, приводящих к авариям и сокращающих срок службы оборудования. Кроме того, следует помнить, что при прямом пуске любого асинхронного двигателя потребляемый ток в 5-7 раз превышает номинальный. Такие броски сокращают срок службы самого мотора, коммутационной аппаратуры, создают дополнительную нагрузку на питающую линию, сопровождаются просадками напряжения в электрической сети и т.д.
При управлении приводами насосов и вентиляторов большое значение придается своевременному выявлению различных нештатных ситуаций типа обрыва приводного ремня. В преобразователях это обеспечивается за счет постоянного мониторинга нагрузки. При этом в качестве датчика используется сам двигатель. Когда нагрузка выходит за пределы заданного рабочего диапазона, преобразователь подает соответствующий сигнал. Таким образом, можно отследить также кавитацию, сухой ход насоса, работу на закрытую заслонку или засоренный фильтр.
В качестве основной или дополнительной функций преобразователи частоты для инженерных систем оснащаются возможностью каскадного управления группой насосов или вентиляторов. В частности, стандартный преобразователь может без какой-либо дополнительной комплектации управлять установкой, включающей до трех насосов. Их число можно увеличить до семи, установив предлагаемую в качестве опции плату реле. В зависимости от расхода, давления или температуры (параметр контролируется ПИД-регулятором) преобразователь частоты подает сигнал на включение или отключение дополнительных насосов, поддерживая параметр на заданной величине. Встроенная электроника выполняет при этом целый ряд функций, в том числе: подсчет времени работы каждого насоса; автоматическую смену работающих насосов через заданные промежутки времени; предупреждение частых переключений насосов; соблюдение очередности включения насосов в зависимости от времени наработки (насос с минимальным временем наработки включается первым) и др.
Приведем некоторые другие функции, которыми оснащаются преобразователи частоты, предлагаемые для использования в инженерных системах. Преобразователь ограничивает минимальную скорость вращения вентилятора, обеспечивая смазку в редукторе привода. Аналогичные ограничения важны для долговременной работы уплотнений центробежных насосов, где смазка осуществляется перекачиваемой жидкостью. Применительно к вентилятору данная функция гарантирует также поддержание в помещении минимального воздухообмена, необходимого для обеспечения требуемого качества воздуха (с ростом нагрузки обороты повышаются).
В случаях пуска преобразователя частоты при вращающемся роторе применяется функция подхвата работающего двигателя. При ее использовании прибор определяет при пуске скорость вращения ротора и начинает регулирование с учетом этой величины.
Преобразователи оснащены функцией преодоления посадок напряжения в питающей сети. При возникновении такой ситуации «частотник» не отключается, а плавно снижает обороты двигателя пропорционально величине просадки. При восстановлении напряжения система возвращается к заданным параметрам.
При использовании преобразователей частоты отпадает необходимость в пусковой аппаратуре, оборудовании защиты электродвигателя и компенсации реактивной мощности, не требуются внешние электроизмерительные приборы (амперметры, вольтметры, счетчики электроэнергии), уменьшается число применяемых полевых датчиков и точек ввода-вывода, которые требуют монтажа и наладки.